爱华网1 引言
在第三代移动通信(3G)标准领域，为了避免重演在2G领域由于各国(地区)频率分配的方式及制式技术选择的不同而造成的全球漫游困难，国际电信联盟(ITU) 在3G中提出了IMT-2000(国际移动通信-2000)的倡议，并由此而催生了最终的三大主流国际标准：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。其中，由中国提交的TD-SCDMA标准，虽然在ITU的标准征集阶段是后来者，却凭借其独特的技术优势最终胜出。同时，作为三个主流标准中唯一一个TDD标准，该技术从诞生初始就一直备受世人关注。
随着北京、青岛、保定、厦门、上海等省地市TD-SCDMA规模网络技术试验网建设工作的不断深入，TD-SCDMA的商用已指日可待。纵观3G三大标准工程实践中各项工作的重要性，网络规划优化首当其冲，过去讨论最多的是无线接入网部分，本文重点探讨TD-SCDMA核心网的组网规划，结合大唐移动核心网系列产品，以某省为例给出详细的规划分析。
2 核心网组网原则核心网组网的整体规划原则：
在兼顾考虑技术的成熟性和先进性的同时尽量采用较新的技术；
建网初期重点保证提供高质量的3G话音业务，并能够支持丰富的数据业务，尽可能与固网实现业务的兼容和统一；
实现大容量、少局所、低成本，保证投资的有效性；
尽可能对现有网络的影响最小，利用现有网络资源包括PSTN网、长途网、传输网、信令网等资源的共享，强调与现有SMS、MMS、IN等业务平台的融合；
便于未来核心网的演进与融合。
核心网的组网规划首先要明确采用的协议版本，目前有R99、R4、R5、R6、R7五个标准。其中R99和R4较为成熟，R4版本相对于R99还增加了一些接口协议，最核心的变化是实现了电路域(CS域)的呼叫与承载的分离，业务上也做了进一步的增强，可支持CS域的多媒体业务，实时传真等多种业务。基于R5和R6的设备尚在完善中，R7的标准还在讨论中，具体时间尚未确定。
R4版本核心网的主要特点：
² R4版本向下兼容R99网络，分组域基本保持一致，只是增加了QoS控制级别
² 电路域引入移动软交换技术：
u 控制和承载分离
u 集中设置控制设备MSC SERVER，降低OPEX
u 分布设置实现话务承载的MGW（媒体网关)，网络部署灵活
u 用IP/ATM技术承载话务，降低传输费用
u 移动软交换采用开放的网络结构和协议标准，可以快速开发各种业务)
² 引入TrFO/TFO功能(节省传输资源,提高语音质量，降低TC单元成本)
² 支持通过软件升级，向全IP网络过渡
综合考虑技术的成熟性、先进性以及未来易演进性，结合TD-SCDMA产品的高标准起点情况，现阶段对于TD-SCDMA核心网络规划的指导意见主要集中在采用R4标准组网。
2.1 R4规划流程R4核心网在电路域中，通过引入基于软交换的分层结构，将呼叫控制与承载层分离，同时信令和话音都可基于TDM、ATM或IP方式承载，这些变化对规划工作提出了新的要求。
根据网元功能的不同，R4核心网络规划可以分为电路域、分组域、信令网。通常3G核心网同无线网规划一同进行，有关现有网络状况、用户及业务量预测、投资估算及经济评价等部分与无线网规划共同完成，其余部分是核心网规划的主要内容。
具体规划流程可以分为三步：
1.明确网络规划建设的基本原则，确定规划中的网络的系统框架、各主要网元的基本设置原则，明确网络互通方式等，对后续规划实施起到宏观的、全局性的指导作用。
2.确定核心网中信令及媒体流的承载实现方式，确定网络的组织结构，各网元的设置地点及规模。
3.计算得到网络中媒体流带宽需求、信令开销及信令链路需求。这些计算结果将作为传输网络规划输入的一部分。
2.2 承载方式话路若基于TDM承载，组大网时需要设置TMGW来汇聚MGW的话务量，不能完全扁平化组网，不能应用TrFO等关键技术。信令网基于TDM承载时可充分利用No.7信令网的稳定可靠性，缺点是不利于网络向全IP方式演进。
基于ATM的话路或信令承载方式理论上可以实现扁平化组网，但组大网时MGW间需要大量的PVC连接，对设备要求高。目前ATM承载实现的网络在欧洲一些国家有商用，但从国内各运营商现网状况及长远发展来看，不适合在中国大规模应用。
话路网若基于IP方式承载，MGW直接基于IP寻址，可实现扁平化组网，可利用TrFO技术节省传输带宽。信令网基于IP承载，规模较小时可扁平化组网，组大网时为避免节点间SCTP链路配置的复杂性，需要引入基于IP的STP设备实现分级汇接。由于IP网络的QoS及安全性的问题，目前基于IP承载的信令网在国外没有大规模商用，各厂商设备成熟情况不一，信令互通仍须测试和完善。
总体看来，目前话路基于IP承载的方式优势明显，信令网基于IP承载的方式对IP承载网络的要求比较高。目前，大唐移动提供的核心网设备支持基于TDM/ATM/IP三种承载方式。
2.3 网元设置原则
网元设置应考虑设置门限、地点、扩容方案、安全备份等因素。3GPP R4版网络由电路域和分组域组成，其中核心网电路域的主要网元包括MSC Server、MGW和HLR，核心网分组域的主要网元包括SGSN和GGSN。各网元的设置原则如下：
ü MSC Server
R4中MSC Server与HLR的设置方式应该是大容量、少局所，同省内可以集中设置于一两个地方；一个MSC Server也可以服务于一个或若干个移动业务本地网。当一个MSC Server服务于多个移动业务本地网时，需支持虚拟MSC Server功能。为了避免频繁的工程割接和人力、物力资源的浪费，建议参考中远期的预测规模来考虑MSC Server的设置，但MSC Server容量仍按本期工程的预测规模来配置。一个城市多个MSC Server时，MSC Server尽量不要集中安装在同一局址。
ü MGW
一个移动本地网可以设置一个或若干个MGW（容量一般以20～40万分裂为宜），一个MGW可以服务于一个或若干个移动本地网。MGW尽量与RNC共站址，以减少对传输资源的占用。与其他网络（如 PSTN）之间的互通直接从MGW出局，包括话路和信令链路。
ü GMSC MGW
当服务于同一本地网的MGW个数少于3个时，GMSC的MGW由MSC的MGW兼作；当服务于同一本地网的MGW个数等于3个时， GMSC的MGW由其中的2个MGW兼作；当服务于同一本地网的MGW个数为3个以上时，考虑独立GMSC MGW的设置，以避免多个本地MGW之间的话路迂回，浪费中继配置。且建设时，独立GMSC MGW的个数至少为2个、各GMSC MGW之间则以负荷分担方式为工作原则。当一个城市出现多个GMSC MGW时，不同GMSC-MGW尽量不要集中安装在同一局址。
ü GMSC Server
当未出现独立的GMSC MGW时，不应设置独立的GMSC Server，GMSC Server 应由MSC Server兼作。当一个城市出现多个GMSC Server时，不同GMSC Server应分局址设置。
ü SGSN
一个移动业务本地网中可以设一个或若干个SGSN。一个SGSN可以服务于一个或若干个移动业务本地网。初期设置在中心城市，一个省中超过2套以上的SGSN可以设置在中心城市和重要地区。
ü GGSN
GGSN原则上以省为单位设置，在靠近数据网网关和ISP的设置。建设GGSN时，可在每省成对配置，采用负荷分担的方式工作。
2.4 R4信令网规划² 建议3G网络省际话务使用TDM承载，省际信令依然利用现网HSTP转接
² 省内MSC SERVER间以IP承载BICC信令
² HLR、SCP与LSTP、MSC SERVER以64K或2M高速信令连接。信令层面的IP承载过程可以稍微滞后于话务层面
² 当各省的网络都演进到R4，那么省际间MSC SERVER间采用BICC协议，利用IP网承载
² 随着信令基于IP承载技术的成熟（相关IP安全性，IP QoS问题的全面解决），所有控制信令都可以承载在IP网络上，从而在网通3G网络中实现R4全平面组网
² 如果其它有互通业务的运营商并未使用全IP的R4结构组网，那么此时我们仍需考虑设置相应的GMGW/SG来实现与对端GW的信令转接功能
2.5 网元备份实现方案随着核心网元可支持的容量逐步增大，故障影响范围也在不断扩大，安全隐患不容忽视，网元的安全备份方案显得更为重要。一般厂商提供的核心网设备都支持设备本身板卡级的双备份，设备本身主备板卡之间故障时可以互相倒换。为充分保证网元的安全性，在组网时通常对MSC Server及HLR实行网元级备份。MSC Server在组网中通常采用MGW的双归属备份方案。MGW（1）与MGW（2）在正常情况下分别归属于MSC Server（A）及MSC Server（B），并配置有至另一个MSC Server的备份路由。当某一个MSC Server故障时，其所带的MGW将自动通过备份路由注册到另一个MSC Server上。
HLR的备份方案主要有N＋1（N≥1）冗余备份和1＋1互为主备用两种方式。N＋1的方式指N个主用HLR通过1个备用HLR统一备份，主用HLR的数据定期备份到备用HLR处，当主用HLR故障时启用备用HLR。N＝1时就是完全的双倍冗余备份方式。
假设单个HLR支持120万容量，网上运行的两个HLR各分出一半的容量（60万）用于备份对方的用户数据。当主用HLR故障时，备用HLR节点自动实时地承担起120万用户的处理功能。
分组域的备份方式同R99相同。
2.6 接口带宽的测算方法在核心网规划中，媒体流及信令带宽需求的测算占很大工作量，以下重点说明R4网络中新增的Nc、Mc及Nb接口的测算方法。
Nc接口上主要承载MSC Server间的BICC信令量；Mc接口上承载信令量分为三部分：MSC Server对RNC控制的RANAP信令量、对MGW控制的H.248信令量、与外网互通时的ISUP信令量；Nb接口主要承载MGW之间的媒体流。
Nc或Mc的信令开销可按以下公式测算：
两点间信令信息量（bit/s）＝∑移动用户数×每用户分类信令消息忙时发生次数×平均每次信令交互字节开销×8/3600
其中，分类信令消息发生次数与网络组织情况、用户的分布以及相互间的话务流量流向等因素相关；平均交互字节开销与承载方式、特定的信令交互流程相关。对信令的分析比较复杂，在此不一一详述。
Nb接口承载开销可按以下公式测算：
Nb接口总带宽需求（bit/s）＝用户数×忙时话务量×每路带宽
其中用户数和话务量与具体的业务类型相关，比如语音或电路域数据业务；每路带宽与业务类型、承载方式（ATM/TDM、IP）、编码形式、传输技术（是否采用VAD）等相关，具体计算中需要详细分析。
3 组网范例安徽，地处我国东南部，与山东、江苏、浙江、江西、湖北、河南六省接壤，面积14万平方公里，人口六千一百二十万，包括17个地级市，44个市辖区及5个县级市和56个县。在TD-SCDMA总体规划原则下，结合安徽省的实际情况，TD-SCDMA核心网可以分为三期进行，分别满足15万、60万和120万的用户容量，具体网络的新建、扩容如图1所示：
图1 R4核心网组网方案
MSC Server一次建设，两台互为双归属方式，配置容量从15万扩容至60万（二期）、120万（三期），设备利用率基本控制在50％左右。根据安徽的话务模型计算可得，不论是作为纯端局还是兼做关口局和STP均可采用选用大唐移动MSC Server（如图2所示）的模型C配置（单机架5对CCM）、模型F配置（双机架12对CCM）。
MGW随用户数量的增加逐渐从一台增加到2台（二期），四台（三期），分别位于四个话务量较大的城市（安徽、芜湖、蚌埠、安庆），设备配置基本稳定在40万，利用率在70％左右。MGW兼做关口局和STP。
HLR一期配置30万，二期扩容到120万，三期新增一台HLR兼作备份，设备利用率始终在50％左右。
大唐移动的SGSN（图4）采用单机架配置——3A，硬件为固定配置，最大可支持的用户容量为100万附着用户。SGSN分期部署一台、两台和四台。
GGSN成对配置，采用负荷分担，需要支持用户的激活数从4万到30万，大唐移动的GGSN（图5）实际最大可以支持150万激活数，完全满足安徽的组网需要。
图2大唐移动MSC Server产品 图3大唐移动MGW产品 图4大唐移动SGSN产品 图5大唐移动GGSN产品
4 结束语本文重点就TD-SCDMA核心网规划的若干问题进行了分析和研究，并结合安徽省核心网规划给出了大唐移动核心网产品的参考配置建议。3G牌照颁发在即，运营商在规划和新建的3G核心网时一定要符合未来的发展趋势，特别是设备的发展趋势。未来的设备将向通用性的方向发展：一方面制造商都在努力使自己的设备同时能够支持多种标准制式；另一方面未来各厂家的设备也将可以互相替换，甚至一个设备中的某些组件也能互相替换。这样运营商可以根据自己的需求选择不同设备制造商的产品组建自己的网络，从而大大减低对某一厂商的依赖程度，降低网络建设和升级成本。随着TD产业链的日趋成熟，相信TD-SCDMA会在3G的大舞台上表现的更加精彩！
